Ученые создали мышечный трансплантат, который имитирует часть эффектов физических упражнений без тренировок
27 августа, 08:18
Ученые создали мышечный трансплантат, который имитирует часть эффектов физических упражнений без тренировок
Авторы нового исследования пересадили под кожу грызунам мышечные клетки, из которых у животных сформировалась дополнительная постоянно сокращающаяся мышечная ткань. В экспериментах трансплантат помог увеличить мышечную массу, улучшить работу мышц, а также замедлить ряд возрастных изменений, в том числе подавить некоторые признаки нейродегенерации. В будущем такой подход может позволить воспроизводить эффект физических упражнений у людей с ограниченными возможностями.
В научной литературе скелетную мышечную ткань — упругую, эластичную, способную сокращаться под влиянием нервных импульсов — давно рассматривают не только как часть опорно-двигательной системы, но и как эндокринный орган. При сокращении мышечные волокна вырабатывают и выделяют различные сигнальные молекулы, в том числе миокины. Они участвуют в обмене сигналами между мышцами и другими тканями, а также могут влиять на обмен веществ, иммунную систему, печень, сосуды и головной мозг.
Такая активность мышц усиливается при физической нагрузке. То есть во время занятий спортом сокращающиеся мышечные волокна начинают выделять еще больше сигнальных молекул, что благоприятно влияет на работу различных органов и систем организма. Поэтому во многих странах врачи считают физкультуру важным элементом поддержания здоровья и рекомендуют заниматься ею пожилым.
Однако для многих людей с тяжелыми травмами, параличом или хроническими заболеваниями полноценная физическая активность затруднительна. Когда человек длительное время остается без движения, у него может развиться атрофия мышц.
Врачи давно пытаются помочь таким людям с помощью лекарств и электростимуляции. Но таблетки пока не могут запустить сложный комплекс реакций, который возникает при настоящем сокращении мышц. Электростимуляция вызывает сокращение мышц, однако требует специального оборудования и регулярных процедур, что весьма неудобно.
Команда китайских специалистов по регенеративной медицине под руководством Нг Ши-Чана (Ng Shyh-Chang) из Китайской академии наук пошла другим путем. Ученые попытались создать «живой мышечный модуль», который позволил бы воспроизводить эффект физических нагрузок без обычных тренировок.
Чан и его коллеги взяли у живых мышей миосателлитные клетки, которые располагаются между мышечными волокнами и окружающей их базальной мембраной и выполняют у грызунов функцию стволовых, а после вырастили их в лаборатории. Там они превратились в зрелые мышечные клетки. После этого ученые пересадили примерно шесть миллионов таких клеток под кожу мышам, и уже внутри организма из них сформировалась зрелая мышечная ткань, способная непрерывно сокращаться (даже во время сна). По структуре и свойствам этот трансплантат был сопоставим со скелетной мышечной тканью.
При таком подходе недостаточно просто пересадить клетки — они должны выжить, интегрироваться с тканями организма, получать кислород, питательные вещества и сохранять нужную функцию, чего и добились китайские ученые.
Дальнейшие эксперименты показали, что небольшой участок постоянно работающей мышечной ткани способен оказывать системное воздействие на организм. У мышей с трансплантатом увеличилась общая мышечная масса, улучшились мышечная функция и работоспособность, а также изменились показатели работы иммунной системы. Животные демонстрировали большую физическую силу и выносливость по сравнению с контрольной группой.
Более того, положительный эффект наблюдали и у пожилых мышей с трансплантатом, чей возраст составлял 18 месяцев. У этих животных не только зафиксировали рост общей мышечной массы, улучшение функции мышц, но и замедление ряда возрастных изменений иммунной системы, печени.
В отдельных экспериментах трансплантат также помог подавить некоторые признаки нейродегенерации. У старых грызунов с искусственно вызванным ожирением дополнительная мышечная ткань сократила признаки повреждения печени и снизила уровень воспаления. Кроме того, эти животные лучше выполнили поведенческий тест: быстрее проходили лабиринт, что указало на улучшение когнитивных функций.
Опыты над животными проводили не менее 81 дня. За этот период не обнаружили роста опухоли в трансплантатах.
Исследователи планируют испытать свою технологию на людях со спинальной мышечной атрофией. Если метод окажется безопасным и эффективным, мышечный трансплантат может стать дополнительным инструментом восстановления.
Отметим, что речь не идет о полноценной замене физических упражнений. Обычная тренировка одновременно воздействует на множество систем организма: увеличивает работу сердечно-сосудистой системы, тренирует нервно-мышечный аппарат и создает механическую нагрузку на кости. Подкожный трансплантат способен воспроизводить лишь часть сигналов и эффектов, связанных с работой мышц.
Научная работа опубликована в журнале Nature Aging.
Литейный мост: самый сложный мост XIX века
По теме
Показать
Свернуть
Популярное
26 августа, 17:59
Рожденные вне Земли: почему наука пока не готова к детям на Луне и Марсе
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
26 августа, 10:29
Ученые ничего не делали с заброшенным полем 11 лет — и оно превратилось в цветущий рай для орхидей
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
26 августа, 17:13
Ученые из России составили карту загрязнения водоемов по всему миру
Вода в реке может выглядеть абсолютно чистой и прозрачной, но настоящее «досье» на экологическое состояние региона часто скрыто не в ней, а под ней — в донных отложениях. Это своеобразный химический архив, который накапливает все, что попадало в водоем на протяжении десятилетий. Ученые Южного федерального университета взяли на себя труд расшифровать этот архив в глобальном масштабе: они собрали и систематизировали все современные научные данные о том, как токсичные продукты горения оседают на дне рек и озер по всему миру. Результат этой работы позволил впервые увидеть полную картину загрязнения пресноводных экосистем — от Нижнего Дона и сибирских арктических рек до Амазонки, Нила и Миссисипи.
24 августа, 16:26
В мозге людей с депрессией перестали образовываться новые нервные клетки
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
26 августа, 10:29
Ученые ничего не делали с заброшенным полем 11 лет — и оно превратилось в цветущий рай для орхидей
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
26 августа, 17:59
Рожденные вне Земли: почему наука пока не готова к детям на Луне и Марсе
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
31 июля, 14:12
Под лесами Амазонии нашли следы цивилизации с миллионами жителей
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
9 августа, 19:34
В Армении открыли один из самых больших дата-центров в Европе
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
19 августа, 18:31
Россия почти вышла из бензинового кризиса — новые удары по НПЗ все изменили
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
